单片机原理及应用_第二版(林立)课后答案.docx
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1、单片机原理及应用课后答案第一章习题1. 什么是单片机?单片机和通用微机相比有何特点?答:单片机又称为单片微计算机,它的结构特点是将微型计算机的根本功 能部件如中央处理器CPU、存储器、输入接口、输出接口、定时/计数器及终端系统等全部集成在一个半导体芯片上。虽然单片机只是一个芯片,但无论从组成还是从逻辑功能上来看,都具有 微机系统的定义。与通用的微型计算机相比,单片机体积小巧,可以嵌入到应用系统中作为指挥决策中心,是应用系统实现智能化。2. 单片机的开展有哪几个阶段?8 位单片时机不会过时,为什么?答:单片机诞生于 1971 年,经历了 SCM、MCU、SOC 三大阶段,早期的 SCM 单片机都
2、是 8 位或 4 位的。其中最成功的是 INTEL 的 8031,此后在 8031 上开展出了 MCS51 系列 MCU 系统。基于这一系统的单片机系统直到现在还在广泛使用。随着工业控制领域要求的提高,开始出现了 16 位单片机, 但因为性价比不理想并未得到很广泛的应用。90 年代后随着消费电子产品大开展,单片机技术得到了巨大提高。随着 INTEL i960 系列特别是后来的 ARM 系列的广泛应用,32 位单片机迅速取代 16 位单片机的高端地位,并且进入主流市场。然而,由于各应用领域大量需要的仍是 8 位单片机,因此各大公司纷纷推出高性能、大容量、多功能的新型 8 位单片机。目前,单片机正
3、朝着高性能和多品种开展,但由于 MCS-51 系列 8 位单片机仍能满足绝大多数应用领域的需要,可以肯定,以 MCS-51 系列为主的8 位单片机,在当前及以后的相当一段时间内仍将占据单片机应用的主导地位。3. 举例说明单片机的主要应用领域。答:单片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用 设备的智能化管理及过程控制等领域,大致可分如下几个范畴:智能仪器单片机具有体积小、功耗低、控制功能强、扩展灵活、微型化和使用方便等优点,广泛应用于仪器仪表中,结合不同类型的传感器,可实现诸如电压、电流、功率、频率、湿度、温度、流量、速度、厚度、角度、长度、硬度、元素、压力等物理量的测量。采用
4、单片机控制使得仪器仪表数 字化、智能化、微型化,且功能比起采用电子或数字电路更加强大。例如 精密的测量设备电压表、功率计,示波器,各种分析仪。工业控制单片机具有体积小、控制功能强、功耗低、环境适应能力强、扩展灵 活和使用方便等优点,用单片机可以构成形式多样的控制系统、数据采集系统、通信系统、信号检测系统、无线感知系统、测控系统、机器人等应用控制系统。例如工厂流水线的智能化管理,电梯智能化控制、各种报警系统,与计算机联网构成二级控制系统等。家用电器现在的家用电器广泛采用了单片机控制,从电饭煲、洗衣机、电冰箱、空调机、彩电、其他音响视频器材、再到电子秤量设备和白色家电等。网络和通信现代的单片机普遍
5、具备通信接口,可以很方便地与计算机进行数据通信,为在计算机网络和通信设备间的应用提供了极好的物质条件,现在的通信设备根本上都实现了单片机智能控制,从 , 机、小型程控交换机、楼宇自动通信呼叫系统、列车无线通信、再到日常工作中随处可见的移动 ,集群移动通信,无线电对讲机等。医用设备领域单片机在医用设备中的用途亦相当广泛,例如医用呼吸机,各种分析仪,监护仪,超声诊断设备及病床呼叫系统等等。模块化系统某些专用单片机设计用于实现特定功能,从而在各种电路中进行模块化应用,而不要求使用人员了解其内部结构。如音乐集成单片机,看似简单的功能,微缩在纯电子芯片中有别于磁带机的原理,就需要复杂的类似于计算机的原理
6、。如:音乐信号以数字的形式存于存储器中类似于 ROM,由微控制器读出,转化为模拟音乐电信号类似于声卡。在大型电路中,这种模块化应用极大地缩小了体积,简化了电路,降低了损坏、错误率,也方便于更换。汽车电子单片机在汽车电子中的应用非常广泛,例如汽车中的发动机控制器,基于CAN 总线的汽车发动机智能电子控制器、GPS 导航系统、abs 防抱死系统、制动系统、胎压检测等。此外,单片机在工商、金融、科研、教育、电力、通信、物流和国防航空 航天等领域都有着十分广泛的用途。4. 将十进制数 37 转换为二进制,BCD 码和十六进制数,并对转换结果进行比照分析。答:37=(100101)B=(25)H;BCD
7、 码为0011 0111 ;可见,同一个数用不同进制表示,其结果也不同。5. 写出以下十进制数在 8 位微机中的原码,反码和补码形式。(1)+36原码0010 0100B 反码0010 0100B 补码0010 0100B(2)-36原码1010 0100B 反码1101 1011B 补码1101 1100B(3)+127原码0111 1111B 反码0111 1111B补码0111 1111B(4)-128原码1000 0000B 反码0111 1111B 补码1000 0000B5-121原码1111 1001B 反码1000 0110B补码1000 0111B6. 对于二进制数 1000
8、 1001B,假设理解为无符号数,那么该数对应十进制数为多少?假设理解为有符号数,那么该数对应十进制为多少?假设理解为 BCD 数,那么该数对应十进制数为多少?答:1000 1001B 无符号数:137;有符号数:-9;BCD数:89;7. 对以下各组数进行“与,“或和“异或运算。11010 1010和0000 0000与0000 0000或1010 1010异或1010 1010(2)0111 0111 和1000 1000与0000 0000或1111 1111异或1111 1111(3)1110 1110 和0111 0111与0110 0110或1111 1111异或1001 1001
9、(4) 0011 1100和1111 0000与0011 0000或1111 1100异或1100 11008. Proteus ISIS 的工作界面中包含哪几个窗口?菜单栏中包含哪几个选项?1515y1I L l .即mm.g di tImsp. ,心 xx i ,叩臣 包 焙旦b 心r 工砐l s D ” : i 王 生 吁 h 至0 亡 0.! . b“ 8 T气沪 心SE “ ” !. l pI 口 今 国 1 印 氓 I 刍 比圉 rm 寺 | Q 3回 口 m 怂 芼 氐 1 王 玉元件列衾令 十 卫王l 石ii i 扑 太 1 由迈 全 心r 叶 的团 1 四匡 文 牲 黏 户忤
10、 扛R= 守 铝 西 沪 炉志一 口0 、8A 国 聋厅 图茹扭老口丑梪型选择工具拦方向工具栏oo 3hccI 19. 利用 ISIS 模块开发单片机系统需要经过哪几个主要步骤?答:1启动2绘制电路原理图;34进行源代码调试;5仿真运行。10. 何谓 PCB?利用 ARES 模块进行 PCB 设计需要经过哪几个主要步骤? 答:PCBPrinted Circuit Board,中文名称为印制电路板,又称印刷电路板、印刷线路板,是重要的电子部件,是电子元器件的支撑体,是电 子元器件电气连接的提供者。由于它是采用电子印刷术制作的,故被称为“印刷电路板。利用 ARES 模块进行 PCB 设计的主要步骤
11、:(1) 启动ARES;(2) 元器件布局;(3) 元器件布线;(4) 铺铜;(5) 三维效果图;(6) CADCAM 输出。第 2 章MCS-51单片机结构及原理 习题1MSC 51 单片机内部由哪些功能部件组成,各有什么功能? 答:以 80C51 单片机为例,其内部功能部件有:控制器:是对取自程序存储器中的指令进行译码,在规定的时刻发出各种 操作所需的控制信号,完成指令所规定的功能;EA/ VPP (31):外部 ROM 允许访问编程电源输入(3) 并行I/O 口引脚P0.0P0.73932 脚P0 口; P1.0P1.718 脚P1 口; P2.0P2.72128 脚P2P3.0P3.7
12、1017 脚P3 口。351 系列单片机的封装有哪些类型?请说明每一种封装引脚之间的距离。答:51 系列单片机的封装有:40 引脚双列直插封装DIPdual in-line package,引脚之间的距离是 100mil(2.54mm);44 引脚方形扁平封装QFP quad flat package方式,引脚之间的距离是 2.54mm;44 引脚带引线的塑料芯片载体 PLCC(Plastic Leaded Chip Carrier)。4. 什么是复位?单片机复位电路有哪几种,工作原理分别是什么? 答:复位使单片机恢复原始默认状态的操作。单片机复位电路有:上电复位电路,由电阻和电容构成,通过上
13、电时,电容相当于短路而使复位引脚在晶振有效的情况下保持 2 个机器周期的高电平;按钮开关复位电路,由两个电阻的分压构成,通过手工按下按钮, 使复位引脚在晶振有效的情况下保持 2 个机器周期的高电平。5. 通常的微机系统存储器结构有哪几种?MCS-51 单片机存储器属于哪一类?CS-51 可寻址多大空间?答:通常的微机系统存储器结构有两种结构,即哈佛结构和冯诺依曼结构 (也叫普林斯顿结构),MCS-51 单片机存储器属于,MCS-51 可寻址空间是两个 64KB,即 64KB 的程序存储空间和 64KB 的数据存储空间。6. 片内 RAM 中低 128 个单元划分为哪三个主要局部?各局部的主要功
14、能是什么?答:片内 RAM 中低 128 个单元划分为三个局部:工作存放器区00H-1FH,四组,每组 8 个,可作用工作存放器切换使用;可位寻址区20H-2FH,16B,位地址为 00H-7FH,用作为按位寻址的空间;用户 RAM 区30H-7FH,80B,用作普通 RAM 单元或堆栈。7. 程序状态字存放器 PSW 各位的定义是什么? 答:程序状态字存放器 PSW 各位的定义如下:PSW.7:进/借位标志 CY,加法有进位时置 1,减法有借位时置 1; PSW.6:辅助进位标志 AC,加法运算低四位向高上四位有进位时置 1; PSW.5、PSW.1:用户标志位 F0 和用户标志位 F1,保
15、存用户的位数据;PSW.4、PSW.3:工作存放器选择控制位 RS1 和 RS0,00 至 11 分别选择四组工作之一作为当前工作存放器PSW.2 :溢出标志位 OV,有符号数加、减运算结果有溢出或乘除上结果异常(乘法运算结果大于 255 即乘积在BA 中,或除法运算除数为 0)时置 1 PSW.0:奇偶标志位P,累加器A 中 1 的个数为奇数时置 1。8. 什么是时钟周期?什么是机器周期?什么是指令周期?当振荡频率为12MHz 时,一个机器周期为多少微秒?答:时钟周期又叫振荡周期或拍,用 P 表示,是 MCS-51 单片机中最小的时间单位,在一个时钟周期内,CPU 完成一个最根本的动作。机器
16、周期:由 12 个时钟周期构成,完成一个根本操作指令周期:是执行一条指令所需的时间,根据指令的复杂性,可由 14 个机器周期构成。当振荡频率为 12MHz 时,一个机器周期为 1 微秒。9. P0、P1、P2 和 P3 口的结构和功能分别是什么?答:P0 口的每一位由 1 个锁存器 、2 个三态缓冲器 、1 个输出控制电路非门X 、与门、电子开关 MUX、输出驱动电路构成,其功能既可以作为通用 I/O 口实现输入/输出功能,也可作为单片机地址线的低 8 位和数据线实现外部扩展功能。在用作输入输出口时,需外接上拉电阻。P1 口的每一位由 1 个锁存器 、1 个场效应管驱动器 V 和 2 个三态门
17、缓冲器构成,其作用是用作输入输出口P2 口的每一位由 1 个锁存器、2 个三态缓冲器、1 个输出控制单元、1 个输出驱动单元构成,其功能是用作输入输出口,或地址总线的高 8 位。P3 口的每一位由 1 个锁存器、2 个三态缓冲器、1 个第二功能控制单元 、1 个输出驱动单元构成,其作用是用作输入输出口或第二功能。1080C51 单片机引脚 ALE 的作用是什么?当 80C51 不外接存储器时,ALE 上的输出的脉冲频率是多少?答:80C51 单片机引脚 ALE 的作用是对外部存储寻址时锁存 P0 口输出的低 8 位地址,当 80C51 不外接存储器时,ALE 上的输出的脉冲频率是fosc/6。
18、第 3 章 单片机的汇编语言与程序设计 习题1MCS-51 单片机有哪几种寻址方式?适用于什么地址空间?答:MCS-51 单片机有 7 种寻址方式:直接寻址、存放器寻址、存放器间接寻址、立即寻址、变址寻址、位寻址、相对寻址。直接寻址方式:操作数的地址由指令直接给出,适用于片内 RAM 的所有地址空间;如MOVA,68HMOVA,PSW存放器寻址方式:指令给出的是存放器的编码,操作数在编码指定的存放器中,适用于片内 00H 至 1FH 的 32 个字节,用 R0,R7 表示,通过 PSW 的 RS1 和RS0 选择组号确定对应 32 个字节中的其中 8 个,还有累加器 A, 以及乘除法指令中的
19、A 和 B 存放器,位寻址方式中的布尔累加器 C;MOVA,R1MULABINCDPTR存放器间接寻址方式:指令给出的是存放器的编码,操作数地址在编码指 定的存放器中,适用于片内 RAM 的全部空间,其中 52 系列中的 80H 至FFH 只能用存放器间接寻址;如 MOV A,R0MOVA,R1 MOVXA,DPTR立即寻址方式:操作数本身在指令中直接,给出适用于用 8 位立即数对片内 RAM 所有地址单元赋值,也可用 16 位立即数对 DPTR 赋值; 如MOVA,#0E2HMOVDPTR,#2000H变址寻址方式:以 DPTR 或PC 作为基地址存放器,以累加器 A 作为变址存放器,将基址
20、存放器与变址存放器的内容相加形成操作数的实际地址的一种寻址方式,变址寻址方式适用于程序存储器 ROM,仅有三条指令如下: MOVC A,A+DPTRMOVC A,A+PC JMP A+DPTR位寻址方式:指令中直接给出操作数所在单元的位地址,适用于片内 RAM 中地址 20H 至 2FH 中的 16 个字节中的 128 个位地址空间和 80H 至 FFH 中地址中可以被 8 整除的所有 SFR 中的每个位地址空间;如MOVC,7FHMOVF0,CMOV C,ACC.7相对寻址方式:为相对转移指令而设,指令中直接给出转移的相对偏移量, 其转移目标在当前指令-128 至127 字节范围内的地址空间
21、。如SJMPSTARTHERE:SJMPHERE;等效于:SJMP$2. MCS-51 单片机的 PSW 程序状态字中无 ZERO(零)标志位,怎样判断某内部数据单元的内容是否为零?答:MCS-51 单片机的 PSW 程序状态字中无 ZERO(零)标志位,判断某内部数据单元的内容是否为零是能通过取数到 A 累加器,再判断 A 中的每一位是否为零来确定其值是否为零。3. 编程将内部RAM 的 20H-30H 单元内容清零。解:设一个片内 RAM 指针 R0,先指向首地址 20H,通过累加器 A 清零,然后采用间接寻址方式依次将 A 中的零值传送到指针所指的片内 RAM 单元, 每传送一个字节,地
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